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Bases de bacteriologia Prof. MSc. Brunno Pinho Sumário - Introdução à bacteriologia; - Genética bacteriana; - Mecanismos de patogênese; - Mecanismos de virulência; - Resposta imune frente infecções bacterianas. Introdução à bacteriologia Características gerais: - Reino Monera (+ Algas azul-verdes); - Microrganismos unicelulares e procariontes. Introdução à bacteriologia Introdução à bacteriologia Características gerais: - Reino Monera (+ Algas azul-verdes); - Microrganismos unicelulares e procariontes. Introdução à bacteriologia Características gerais: - Reino Monera (+ Algas azul-verdes); - Microrganismos unicelulares e procariontes. Introdução à bacteriologia Principais diferenças entre procariotos e eucariotos Característica Procarioto Eucarioto Tamanho 1-5 micrometros >25 micrometros Cromossomos 1, circular >1, lineares Membrana nuclear Ausente Presente Mitocôndrias Ausente Presente Cloroplasto Ausente Presente em plantas Aparelho de golgi Ausente Presente Retículo endoplasmático Ausente Presente Lisossomos Ausente Presente Ribossomos 70S, citoplasmático 80S, ligado a membranas Membrana plasmática Sem esterol Com esterol Introdução à bacteriologia Morfologia bacteriana - Forma: 1. Cocos; 2. Bacilos; 3. Espirilos. Introdução à bacteriologia Morfologia bacteriana - Arranjo de cocos: 1. Diplococos; 2. Estreptococos; 3. Tétrades 4. Estafilococos; 5. Sarcinas; Introdução à bacteriologia Morfologia bacteriana - Arranjo de bacilos: 1. Diplobacilos; 2. Estreptobacilos. Introdução à bacteriologia Morfologia bacteriana - Morfologia bacteriana obedece características genéticas, porém condições ambientais e de cultivo podem alterar sua forma. - Ex.: Helicobacter, Borrelia e Neisseria. Introdução à bacteriologia Estrutura bacteriana - Membrana plasmática: 1. Composição lipoproteíca, com ausência de esteróis; 2. Realiza transporte de solutos; 3. Produção energética por transporte de elétrons e fosforilação oxidativa; 4. Realiza biossíntese; 5. Duplicação de DNA; 6. Secreção. Introdução à bacteriologia Estrutura bacteriana - Parede celular: 1. Manutenção de forma e controle de pressão interna; 2. Composição diferente evidenciada pela coloração de Gram. Introdução à bacteriologia Introdução à bacteriologia Estrutura bacteriana - Cápsula: 1. Camada de revestimento externo ligada à parede celular; 2. Reservatório de água e nutrientes; 3. Aumento da patogenicidade, mecanismo de escape; 4. Aumento da adesão a tecidos; 5. Aumento da resistência a biocidas. Introdução à bacteriologia Estrutura bacteriana - Flagelo: 1. Estrutura que permite movimentação; 2. Maior ocorrência em bacilos do que em cocos. Introdução à bacteriologia Estrutura bacteriana - Plasmídeos: 1. Moléculas de DNA circulares extracromossômicas; 2. Não determinam características essenciais; 3. Associados a hereditariedade e mecanismos de resistência Introdução à bacteriologia Estrutura bacteriana - Nucleoide: DNA bacteriano de dupla hélice. Introdução à bacteriologia Estrutura bacteriana – Componentes citoplasmáticos - Ribossomos (70S, com porções de 30 e 50S); - Grânulos (Poli-ß-hidroxibutirato); - Esporos bacterianos. Perguntas 1) Assinale a alternativa que aponta uma estrutura que células bacterianas NÃO possuem: a) Parede celular. b) Ribossomos. c) Núcleo. d) Membrana plasmática. e) DNA. Perguntas 2) Uma célula bacteriana NÃO possui: a) Parede celular e centríolo. b) Nucléolo e carioteca. c) Ribossomos e nucléolo. d) Membrana plasmática. e) Nucléolo e membrana plasmática. Perguntas 3) Relacione as estruturas na coluna A com as funções na coluna B: a) Parede celular. b) Flagelo. c) Membrana plasmática. d) Ribossomos. ( ) Síntese proteica. ( ) Proteção da lise osmótica. ( ) Mobilidade. ( ) Permeabilidade seletiva. Perguntas 4) Qual das características abaixo NÃO é uma característica diferencial das células procarióticas? a) Possuem cromossomo único. b) Possuem organelas revestidas por membrana. c) Possuem parede celular contendo peptideoglicano. d) Possuem membrana plasmática. e) Nenhuma das anteriores. Genética bacteriana Genética bacteriana Características gerais: - DNA bacteriano possui forma de dupla fita circular; - O compartilhamento de material genético é uma importante via de transferência de informações; - Processos de variabilidade genética podem ser de mutação ou recombinação genética. Genética bacteriana Características gerais: - Mutação: Alteração na sequência de bases do DNA sem aquisição de genes de outro microrganismo. - Recombinação genética: Alteração no genótipo que ocorre pela aquisição de material genético de outro microrganismo. Genética bacteriana Características gerais: - Mutação: 1) Processo espontâneo – Ocorre naturalmente, geralmente decorrente de erros cometidos pela DNA polimerase. 2) Induzida – Resultado da exposição do microrganismo a um agente mutagênico é capaz de alterar o DNA (ex. radiação UV, óxido nítrico, temperatura, dentre ourtos) Genética bacteriana Características gerais: - Transformação: Processo em que o DNA livre é tomado pela célula, resultando em alterações genéticas. Genética bacteriana Características gerais: - Transformação: Processo em que o DNA livre é tomado pela célula, resultando em alterações genéticas. Genética bacteriana Características gerais: - Transdução: Processo de transferência de DNA bacteriano intermediado por um vírus. Genética bacteriana Características gerais: - Transdução: Processo de transferência de DNA bacteriano intermediado por um vírus. Genética bacteriana Características gerais: - Conjugação: Processo de transferência de material genético extracromossômico entre bactérias. Genética bacteriana Características gerais: - Conjugação Genética bacteriana Características gerais: - Conjugação: Processo de transferência de material genético extracromossômico entre bactérias. Genética bacteriana Plasmídios: - Moléculas de DNA circulares em fita dupla; - Possuem replicação independente da célula hospedeira; - São transferidos para células-filhas; - Não são indispensáveis, porém garantem vantagens seletivas. Perguntas 1) Com relação à recombinação gênica bacteriana, assinale a alternativa que nomeia o processo de incorporação bacteriana de fragmentos de DNA presentes no meio: a) Fecundação externa. b) Conjugação. c) Metamorfose. d) Transformação. e) Transdução. Perguntas 2) Em alguns casos, as bactérias estabelecem conexões entre si por meio de pontes citoplasmáticas. Essa forma de interação permite a recombinação genética, sendo denominada de: a) Tradução. b) Conjugação. c) Metamorfose. d) Transformação. e) Transdução. Perguntas 3) As bactérias apresentam diferentes formas de recombinação genética. Marque corretamente a alternativa em que se observa a ação de um bacteriófago sobre a recombinação: a) Tradução. b) Conjugação. c) Metamorfose. d) Transformação. e) Transdução. Perguntas 4) Em condições desfavoráveis, algumas bactérias são capazes de desidratar-se e formar uma parede resistente que envolve o citoplasma desidratado. Essa estrutura de resistência é chamada de: a) Cápsula. b) Endósporo. c) Mesossomo. d) Acinetos. e) Zigoto. Perguntas 5) Atualmente, um dos grandes problemas enfrentados pela medicina é a resistência das bactérias aos antibióticos, graças à sua variabilidade genética. Dos processos reprodutivos a seguir, assinale aquele que permite maior taxa de mutação de bactérias: a) Esporulação. b) Cissiparidade. c) Brotamento. d) Conjugação. e) Bipartição. Perguntas 6) Assinale a alternativa incorreta: a) A conjugação é a maneira pela qual as bactérias podem trocar material genético. b) O cromossomo bacteriano é circular e está disperso no citoplasma. c) O plasmídio é o material genético extracromossômico relacionado a reproduçãoe transferência de informação. d) As bactérias Staphylococcus apresentam arranjo linear, em forma de “colar de pérolas”. Perguntas 7) Assinale a alternativa que indica um processo que permite a variabilidade genética por meio de mutação: a) Tradução. b) Conjugação. c) Aquecimento. d) Transformação. e) Transdução. Atividade Instruções: Realize a leitura do artigo e, em grupo, responda as seguintes perguntas: 1) O que é transmissão horizontal gênica? Como a mesma acontece? 2) O que é transmissão vertical gênica? Como a mesma acontece? 3) O que são ilhas genômicas? Patogênese Patogênese Patogênese ▪ A ocorrência de uma doença depende do resultado de forças antagônicas; ▪ Defesas do organismo x Capacidade de ataque dos microrganismos; ▪ Defesa orgânica apresenta grande eficácia frente a agentes bacterianos. Patogênese ▪ Termos de interesse médico: - Colonização: estabelecimento de grupo de MO em um determinado local, sem prejuízo; - Infecção: Presença de MO em determinado local do corpo, associado com multiplicação e resposta do hospedeiro; - Doença infecciosa: Condição onde a multiplicação microbiana lesa as células, sendo possível detectar sinais e sintomas. Patogênese ▪ Termos de interesse médico: - Patogenicidade: capacidade da bactéria de causar dano ao hospedeiro; - Virulência: Capacidade relativa da bactéria em causar um dano ao hospedeiro. Não é propriedade bacteriana independente. Patogênese ▪ Patogênese: - Processo envolve etapas sequenciais de adesão-invasão-evasão; - Fatores de virulência: estruturas ou produtos bacterianos facilitadores do processo de infecção; - Fatores de virulência atuam promovendo a destruição e/ou o escape do sistema imunológico. Patogênese ▪ Entrada e persistência bacteriana: - Adesão: Pré-requisito para infecção, permite a resistência a mecanismos de expulsão; Primeiro estágio da adesão às células do hospedeiro é mediado por adesinas (Fímbrias e adesinas afimbriais). Patogênese ▪ Entrada e persistência bacteriana: - Adesão: Fímbrias: Estruturas adesivas encontradas em bactérias Gram – (Escherichia coli, Salmonella sp., Klebsiela pneumoniae, Bordetella pertussis); Adesinas afimbriais: Substâncias como proteínas da membrana externa, proteínas autotransportadoras e LPS possuem papel de interação. Presentes em Gram + e – (Ex. Staphylococcus sp.). Patogênese ▪ Entrada e persistência bacteriana: - Adesão: Especificidade celular, promove diferenças sinais e sintomas associados à infecção (Ex. E. coli enterro-hemorrágica e E. coli promovendo ITU.) Patogênese ▪ Entrada e persistência bacteriana: - Adesão: Importante papel no início do processo de produção do biofilme bacteriano. Patogênese ▪ Entrada e persistência bacteriana: - Invasão: Capacidade de invadir células não fagocitárias; Etapa importante para crescimento bacteriano, principalmente para MO intracelulares obrigatórios (Ex. Clamídias, riquétsias e outros); Processo envolve a ação de invasinas: a) Interação com a membrana plasmática; b) Alteração de forma do citoesqueleto. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Toxinas: Produtos de origem microbiana capazes de causar efeitos danosos ao organismo animal; - Classificadas em: 1) Endotoxinas; 2) Exotoxinas. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Endotoxinas: Moléculas tóxicas microbianas intracelulares ou de parte integrante da célula; - Toxina de maior importância é a LPS (Gram -). Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Endotoxinas: Moléculas tóxicas microbianas intracelulares ou de parte integrante da célula; - Toxina de maior importância é a LPS (Gram -); - Interação via CD-14 (macrófagos) – co-receptor do TLR-4; - Relação endotoxinas e febre. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Liberação exacerbada de LPS representa um grave risco de saúde, promovendo: 1. Febre intensa; 2. Obstrução intravascular disseminada; 3. Intensa liberação de citocinas; 4. Colapso cardiovascular; 5. Sepse. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Exotoxinas: Produtos metabólicos não constituintes estruturais da bactéria; Classificados em tipos, de acordo com o efeito da toxina na célula suscetível; Responsáveis diretos pelas sintomatologias da doença (Ex. Clostridium botulinum – toxina botulínica – botulismo). Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Exotoxinas: 1) Tipo I: Promovem ativação de cascatas célulares, induzindo alteração de metabolismo celular. Ex: Superantígenos produzidos por: Mycoplasma arthiditis, Yersinia pseudotuberculosis, Staphylococcus aureus e Streptococcus pyogenes. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Exotoxinas: 2) Tipo 2: Toxinas formadoras de poros, induzem lise e morte celular. Ex: Hemolisinas, fosfolipases e Estreptolisina O, produzidas por: Staphylococcus aureus e Estreptococcus pyogenes. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Exotoxinas: 3) Tipo 3: Toxinas intracelulares, possuem habilidade de entrada no citoplasma celular. Apresenta grande variedade, sendo mais importantes e numerosas as do tipo AB. A: Ativa B: Binding Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Enzimas hidrolíticas: Possuem a capacidade de degradar a MEC, desorganizando a estrutura de tecidos; Ex.: Hialuronidase, colagenases e proteases. - Produtos derivados do crescimento bacteriano. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Evasinas: Produtos bacterianos associados com a fuga da bactéria frente o sistema imune; - Podem atuar sobre: 1) Fagócitos; 2) Sistema complemento; 3) Citocinas e anticorpos. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Evasinas: Produtos bacterianos associados com a fuga da bactéria frente o sistema imune; - Objetivos: 1) Evitar reconhecimento e morte pela ação dos fagócitos; 2) Inativação do sistema complemento; 3) Inativação de anticorpos; 4) Crescimento intracelular (esconderijo). Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Fagócitos Estratégias impedem e/ou dificultam a fagocitose: 1) Ocultação de padrões moleculares associados aos patógenos (PAMPs); 2) Alteração química de PAMPs; 3) Impedimento de opsonização. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Cápsulas: Mimetismo do tecido conjuntivo humano; Estrutura dificulta fagocitose. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Biofilme: Adesão de MOs colonizadores; Produção de MEC e fixação de bactérias não aderentes. Virulência ▪ Mecanismos de virulência: - Biofilme: Adesão final irreversível e resistente a desinfetantes e antibacterianos. Patogênese ▪ Determinantes do desenvolvimento de doenças bacterianas: - Cepa bacteriana; - Tamanho do inócuo; - Respostas sistêmicas (toxinas bacterianas e citocinas – resposta inflamatória); Perguntas 1) Assinale a alternativa incorreta: a) Toxinas são produtos bacterianos que danificam diretamente os tecidos ou causam danos funcionais. b) Endotoxinas fazem parte da parede celular de bactérias gram negativas. c) Exotoxinas são produzidas pelas bactérias e posteriormente secretadas para o meio extracelular. d) Botulismo, cólera e tétano são exemplos de doenças causadas por exotoxinas. e) Superantígenos são toxinas bacterianas que não são reconhecidas pelo sistema imune do hospedeiro. Perguntas 2) São objetivos dos mecanismos de escape bacterianos, exceto: a) Evitar reconhecimento e morte pela ação dos fagócitos. b) Aumentar a incidência de mutações em seu material genético. c) Inativar a ação do sistema complemento. d) Inativar a ação de anticorpos. e) Alojar-se no meio intracelular. Perguntas 3) Processo pelo qual um microrganismo se estabelece e passa a crescer em um hospedeiro é denominado de: a) Patogenicidade. b) Infecção. c) Virulência. d) Doença. e) Colonização. Perguntas 4) As fímbrias de alguns isolados de Escherichia coli tem papel na virulência porque: a) Degradação coágulos sanguíneos. b) Promovem a formação de coágulos sanguíneos. c) Favorecema adesão à membranas mucosas. d) Promovem a disseminação tecidual de microrganismos. Atividade Instruções: Realize a leitura do artigo e, em grupo, responda as seguintes perguntas: 1) Quais grupos filogenéticos apresentam maior quantidade de fatores de virulência? Os resultados do artigo reforçam a resposta? 2) Indique quais foram os fatores de virulência estudados e qual a função de cada um. Imunidade Imunidade ▪ Espécie humana possui contato constante com microrganismos, estabelecendo normalmente condições simbióticas; ▪ Microbiota possui potencial patogênico, podendo ocorrer doenças na presença de condições favorecedores, tais como: 1. Alta capacidade de virulência do MO; 2. Queda da resistência imune do hospedeiro. Imunidade ▪ Apesar da grande quantidade de MOs vivendo de forma simbiótica, corpo humano possui defesas para: 1. Controle de crescimento de microbiota; 2. Destruição de patógenos externos. ▪ Estratégias de defesa envolvem a imunidade inata e adaptativa. Imunidade ▪ Resposta inata Resposta rápida, eficiente e inespecífica; Dividida em: Barreiras físicas, químicas, processos celulares e humorais. Barreiras físicas apresentam-se como defesa inicial em qualquer processo de invasão tecidual. Imunidade ▪ Resposta inata As barreiras naturais são formadas por tecidos e seus elementos constituintes; Formam arcabouço normalmente impermeável à entrada de microrganismos; Pele associa fatores como: integridade tecidual, pH ácido, camada de queratina e cobertura por flora microbiana permanente. Imunidade Barreiras químicas: Peptídeos antimicrobianos, lizosimas, pH ácido, dentre outros. Imunidade ▪ Resposta inata Mucosas apresentam maior susceptibilidade, devido a menor concentração de queratina e maior espaçamento entre células; Fatores adicionais garantem a proteção da mucosa: 1. Camada de muco; 2. Presença de revestimento ciliado; 3. Movimentos peristálticos. Imunidade Barreiras físicas: Muco e cílios Barreiras químicas: Defensinas e catelicidinas Imunidade Barreiras físicas: Fluxo salivar e peristaltismo Barreiras químicas: pH ácido, enzimas digestivas, sais biliaires, dentre outros Barreiras biológicas: Flora microbiana Imunidade ▪ Resposta inata Imunidade ▪ Resposta inata - Resposta celular inicial promovida por macrófagos, neutrófilos e céls. Dendríticas em resposta aos PAMPS, via TLR; - Objetivo da resposta é a fagocitose do MO; - Células migram para o foco infeccioso em resposta a estímulos quimiotáticos. Imunidade ▪ Resposta inata - Ação de neutrófilos inicia o processo de resposta imunitária com participação celular; - Devido a características estruturais, neutrófilos morrem durante o processo fagocítico; - O acúmulo de neutrófilos mortos no foco infeccioso define o processo piogênico. Imunidade ▪ Resposta inata - Macrófagos apresentam alta capacidade fagocítica e não morrem durante o processo infeccioso; - Macrófagos permanecem até o fim da infecção, auxiliando na reconstrução tecidual; - Células fagocitárias tem sua ação estimulada pelo aumento de temperatura corporal, decorrente da liberação de citocinas pró- inflamatórias. Imunidade ▪ Resposta inata - Citocinas pró-inflamatórios induzem a mudança de metabolismo hepático; - Interrompe produção de albumina e estimulação a produção de proteínas da fase aguda: 1. PCR; 2. Ferritina; 3. Substância amiloide. Imunidade ▪ Resposta adaptativa - Resposta imunitária realizada por células linfocitárias e anticorpos; - Possuem várias características, sendo as principais a especificidade e a memória; - Linfócito B: Resposta humoral; - Linfócito T: Resposta celular. Imunidade ▪ Resposta adaptativa - Anticorpos promovem a neutralização de enzimas e toxinas secretadas pela bactéria; - De forma complementar realizam a opsonização e ativam o sistema complemento. Imunidade ▪ Resposta imune frente bactérias intracelulares: - Célula responsável pela imunidade inata é a NK; - Resposta imune decorre da interação entre linfócitos T H1 e macrófagos ativos (infiltrado linfomonocitário). Perguntas 1) Onde você espera encontrar menor quantidade de microrganismos? a) Cavidade oral. b) No conteúdo do intestino grosso. c) No conteúdo estomacal. d) No conteúdo do intestino delgado. Perguntas 2) Assinale a alternativa que traz mecanismos de defesa inespecíficos do organismo contra a ação de patógenos: a) Presença de cílios no epitélio respiratório. b) Produção de muco no trato respiratório. c) Lisozima na mucosa conjuntival. d) Bile e secreção de H+ no trato gastro- intestinal. e) Todas as alternativas estão corretas. Caso 1 Um estudante de 19 anos procurou atendimento médico relatando dor de garganta há 2 dias, dificuldade de deglutição, indisposição e mal estar geral. Não relatou nenhum episódio considerável de doença prévia, nem de alergia medicamentosa e não indicou ter tomado nenhuma medicação. O exame físico permitiu constatar processo inflamatório evidente na orofaringe com adenopatia cervical, presença de exsudato purulento nas amígdalas temperatura de 38,2 °C. Na possibilidade do quadro ser de etiologia bacteriana, pergunta-se: Caso 1 1)Qual a característica tintorial do agente etiológico associado ao caso? 2)Qual a linhagem celular que provavelmente estará aumentando durante a análise do leucograma? 1)Que medidas preventivas podem ser realizadas para o controle das infecções causadas pelo agente em questão? Caso 2 Em uma creche da cidade tem-se por norma a realização de exames de orofaringe das crianças admitidas. O material colhido e enviado ao laboratório de microbiologia. Em 4 crianças encontra-se a presença de Staphylococcus aureus. Pergunta-se: 1)Quais as características morfotintoriais do agente bacteriano? 2) Quais fatores de virulência o agente bacteriano pode demonstrar? 3) Deve-se prescrever antibiótico para essa criança? Justifique. Caso 3 Um paciente com idade de 63 anos submete-se a uma cirurgia e 5 dias após o procedimento apresentou sintomatologia de sepse e um processo infecioso no local da incisão cirúrgica, tendo sido isolado S. aureus em hemocultura da ferida cirúrgica, também foi identificado anemia em análise de hemograma. Pergunta-se: 1)Quais as condições que favorecem o aparecimento deste processo infeccioso? 2)De acordo com a análise dos exames laboratoriais, quais fatores de virulência que a cepa infectante de S. aureus pode estar produzindo? Caso 4 Uma criança de 1 ano de idade é levada ao consultório médico após os pais terem notado irritabilidade por cerca de 24 horas e febre que não cede com uso de paracetamol. O exame clínico revelou alterações compatíveis com diagnóstico presuntivo de otite média aguda. Foi recomendado o uso de ampicilina por via oral e os pais instruídos a trazer a criança de volta se não houvesse melhora. Como não houve evidencias de melhora após dois dias de tratamento, foi feita aspiração do fluido do ouvido médio para exame bacteriológico e exames complementares. O resultado da análise indicou presença de LPS na corrente sanguínea. De acordo com o caso abordado, responda as perguntas abaixo: 1) Qual a característica tintorial do microrganismo causador da infecção? Justifique. 2) A substância identificada no sangue é uma toxina bacteriana, qual a sua classificação? Caso 5 J.F.K., 17 anos, paciente HIV+ é atendido em setor de urgência hospitalar, apresentando queixa de rigidez na nuca, vômito em jato, febre de 39°C e letargia. Após realização de coleta de líquor, foi realizado cultura do devido líquido e coloração de Gram, apresentando resultado inespecífico na coloração de Gram, com poucas espécies bacterianas coradas em Gram-, posteriormente, a cultura apresentou resultado para crescimento de Neisseria meningitidis. 1)Qual a característica morfotintorial da Neisseria meningitidis e por qual motivo a coloração de Gram foi inespecífica? 2)Qual fator devirulência a bactéria apresenta e qual a sua importância no processo de patogênese (adesão-invasão-evasão)? página 106 Obrigado Brunno Pinho brunnogpinho@gmail.com www.educatechbrasil.com